西门子 S7-200 SMART 系列十三：实例详解用s7-200 smart 向导配置PID回路&参数设定

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在往期文章中介绍了s7-200 smart的通讯应用，Modbus RTU，S7通信，Profinet通信，TCP通信等，基本包含了S7-200 smart的

一

PID 功能概述

PID控制器（Proportion Integration Differentiation），俗称比例-积分-微分控制器，分别由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。通过调节比例、积分、微分三个环节的参数，可以使系统达到稳定、快速、精确的控制效果。

在生活中们我们也经常接触到PID，例如小区恒压供水、家用恒温水壶、平衡车等”恒“字辈产品，背后都有PID的身影，那么在工业应用中PID的应用就更多了，特别是化工、油脂等行业；常见的被控对象压力、流量、液位、温度等等，如需达到一个”平衡“的状态都离不开PID控制，本期内容将讲述如何使用s7-200 smart 向导配置PID控制器；

二	s7-200 smart PID 实现方式

S7-200 SMART CPU最多可以支持8个PID控制回路（8个PID指令功能块）,有实力自己按照PID算法编程则不受8路控制（小编能力有限，不做讨论）

S7-200 SMART中PID功能实现方式主要有以下两种：

PID指令块：通过一个PID回路表交换数据，只接受0.0 -  1.0之间的实数（实际上就是百分比）作为反馈、给定与控制输出的有效数值。PID向导：方便地完成输入/输出信号转换/标准化处理。PID指令同时会被自动调用。

在S7-200  SMART中PID功能是通过PID指令功能块实现。通过定时（按照采样时间）执行PID功能块，按照PID运算规律，根据当时的给定、反馈、比例－积分－微分数据，计算出控制量。

PID功能块通过一个PID回路表交换数据，这个表是在V数据存储区中的开辟，长度为36字节。因此每个PID功能块在调用时需要指定两个要素：PID控制回路号，以及控制回路表的起始地址（以VB表示）。

PID功能块只接受0.0 -  1.0之间的实数（实际上就是百分比）作为反馈、给定与控制输出的有效数值，如果是直接使用PID功能块编程，必须保证数据在这个范围之内，否则会出错。其他如增益、采样时间、积分时间、微分时间都是实数。

由于PID可以控制温度、压力等等许多对象，它们各自都是由工程量表示，因此，必须把外围实际的物理量与PID功能块需要的（或者输出的）数据之间进行转换。这就是所谓输入/输出的转换与标准化处理。S7-200 SMART的编程软件Micro/WIN SMART提供了PID指令向导，以方便地完成这些转换/标准化处理，同时，PID指令也同时会被自动调用。


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三	通过向导实现PID功能

Micro/WIN SMART提供了PID  Wizard（PID指令向导），可以帮助用户方便地生成一个闭环控制过程的PID算法。此向导可以完成绝大多数PID运算的自动编程，用户只需在主程序中调用PID向导生成的子程序，就可以完成PID控制任务。

PID向导既可以生成模拟量输出PID控制算法，也支持数字量输出；既支持连续自动调节，也支持手动参与控制。建议使用此向导对PID编程，以避免不必要的错误。编程步骤如下：

在工具菜单中选择PID向导，并勾选需要组态的PID回路号；



点击”下一步“，为回路组态命名;此部分的默认名称是“回路 x”，其中“x”等于回路编号。


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点击”下一步“，设置PID回路参数;


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参数说明：

增益（P）： 即比例常数，默认值=1.00。

积分时间（I）：如果不想要积分作用可以将该值设置很大（比如10000.0），默认值=10.00。

微分时间（D）：如果不想要微分回路，可以把微分时间设为0 ，默认值=0.00。

采样时间：是PID控制回路对反馈采样和重新计算输出值的时间间隔,，默认值=1.00。在向导完成后，若想要修改此数，则必须返回向导中修改，不可在程序中或状态表中修改。

**注：关于具体的PID参数值，每一个项目都不一样，都需要现场调试来定，但是对于某些相同工艺，在实际应用中可用参考值快速试车，防止参数波动较大，影响生产安全。 **

点击”下一步“，设定回路过程变量（反馈值）;


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注：这一步相当于对回路过程变量(PV)--反馈值进行标定;

首先，指定回路过程变量 (PV) 如何标定。可以从以下选项中选择：

然后，对输入信号信号进行标定，数字量对应工程量；图中”过程变量“即数字量输入值，回路设定值即模拟量对应量程；例如：输入4mA，过程变量对应5530~27648，对应压力输入0~10bar，则回路控制设定值范围0~10bar（设定值输入物理量0~10bar，PID内部自动转换成数字量5520~27648）；

**单极性:**即输入的信号为正，如0－10V或0－20mA等双极性：输入信号在从负到正的范围内变化。如输入信号为±10V、±5V等时选用选用20%偏移：如果输入为4－20mA则选单极性及此项，4mA是0－20mA信号的20%，所以选20%  偏移，即4mA对应5530，20mA对应27648。温度 x 10 °C 即输入值除以10就是实际温度，单位℃（摄氏度）；温度 x 10 °F 即输入值除以10就是实际温度，单位℉（华氏度）；


点击”下一步“，设定回路输出选项


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参数说明：

输出类型：可以选择模拟量输出或数字量输出。模拟量输出用来控制一些需要模拟量给定的设备，如比例阀、变频器等；数字量输出实际上是控制输出点的通、断状态按照一定的占空比变化，可以控制固态继电器（加热棒等），根实际需求选择（此处选择模拟量）；

标定：同输入设定中标定一致；

点击”下一步“，设定回路报警选项：


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向导提供了三个输出来反映过程值(PV)的低值报警、高值报警及过程值模拟量模块错误状态。当报警条件满足时，输出置位为1。这些功能在选中了相应的选择框之后起作用。

使能低值报警并设定过程值(PV)报警的低值，此值为过程值的百分数，缺省值为0.10，即报警的低值为过程值的10％。此值最低可设为0.01，即满量程的1%使能高值报警并设定过程值(PV)报警的高值，此值为过程值的百分数，缺省值为0.90，即报警的高值为过程值的90％。此值最高可设为1.00，即满量程的100%使能过程值(PV)模拟量模块错误报警并设定模块于CPU连接时所处的模块位置。“EM0”就是第一个扩展模块的位置


点击”下一步“，定义向导所生成的PID初使化子程序和中断程序名及手/自动模式


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注：

如果你的项目中已经存在一个PID配置，则中断程序名为只读，不可更改。因为一个项目中所有PID共用一个中断程序，它的名字不会被任何新的PID所更改。PID向导中断用的是SMB34定时中断，在用户使用了PID向导后，注意在其它编程时不要再用此中断，也不要向SMB34中写入新的数值，否则PID将停止工作。


点击”下一步“，指定PID运算数据存储区


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注：PID指令（功能块）使用了一个120个字节的V区参数表来进行控制回路的运算工作；除此之外，PID向导生成的输入/输出量的标准化程序也需要运算数据存储区。需要为它们定义一个起始地址，要保证该地址起始的若干字节在程序的其它地方没有被重复使用。如果点击“建议”，则向导将自动为你设定当前程序中没有用过的V区地址。

点击”下一步“，生成PID子程序、中断程序及符号表，点击”生成完成配置“


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配置完PID向导，需要在程序中调用向导生成的PID子程序


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注：必须用SM0.0来使能 PIDx_CTRL 子程序，SM0.0 后不能串联任何其他条件，而且也不能有越过它的跳转；如果在子程序中调用  PIDx_CTRL 子程序，则调用它的子程序也必须仅使用 SM0.0 调用，以保证它的正常运行

四	实际运行并调试PID参数

没有一个PID项目的参数不需要修改而能直接运行，因此需要在实际运行时调试PID参数。查看数据块以及符号表相应的PID符号标签的内容，可以找到包括PID核心指令所用的控制回路表，包括比例系数、积分时间等等。将此表的地址复制到状态表中，可以在监控模式下在线修改PID参数，而不必停机再次做配置。参数调试合适后，用户可以在数据块中写入，也可以再做一次向导，或者编程向相应的数据区传送参数。

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